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Dienstag, 26.09.2017
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„Blitzableiter“ schützt vor UV-Strahlung

Bewegung von Wasserstoffatom wandelt Energie um

Im Verlauf der Evolution haben die Lebewesen effektive Schutzmechanismen gegen das Sonnenlicht, vor allem gegen die UV-Strahlung entwickelt. Ohne einen solchen Schutz würde die ultraviolette Strahlung zur Schädigung des Erbguts oder zu Krebs führen. Lange Zeit war nicht klar, wieso nahezu alle Farbstoffträger in der Natur auch unter dem täglichen UV-Bombardement der Sonne stabil bleiben. Ein Forscher aus dem Max-Born-Institut in Berlin-Adlershof hat jetzt geklärt, was passiert, wenn Sonnenlicht auf biologische Moleküle trifft.
Sonnenlicht als Klimafaktor

Sonnenlicht als Klimafaktor

Der Chemiker Helmut Lippert untersuchte in seiner Studie ganz bestimmte Farbstoffträger. Im Mittelpunkt stand das Molekül Indol. Als Chromophor der Aminosäure Tryptophan erlaubt es wesentliche Aussagen zum Verhalten der Aminosäuren, die zu den Grundbausteinen des Lebens gehören.

Lippert gelang es, die chemischen Reaktionen, die durch die UV-Strahlung hervorgerufen werden, im Indol und in verwandten Molekülgruppen ("Cluster") in ihrem zeitlichen Verlauf mit bislang nie erreichter Genauigkeit zu dokumentieren. Aufbauend auf theoretischen Vorarbeiten einer Münchener Gruppe, wies der Physikochemiker nach, dass die Bewegung eines einzelnen Wasserstoffatoms die aufgenommene Energie ultraschnell umwandelt.

Umorientierung des gesamten Systems


Durch diese Atom-Bewegung kommt es zu einer Umorientierung des gesamten Systems. Für kleine und große Indol(NH3)n-Cluster sowie für Indol(H2O)n-Cluster konnten alle Einzelschritte im Detail analysiert und mit Hilfe weiterer Rechnungen von anderen MBI-Wissenschaftlern erklärt werden. Nicht zuletzt dank Lipperts Studie zeigte es sich, dass eine bestimmte funktionelle Gruppe im Molekül entscheidend zur Widerstandskraft gegen UV- Strahlung, also zur Photostabilität beiträgt. Diese Erkenntnisse lassen sich auch auf andere Biomoleküle und zum Teil sogar auf die Basenpaare des Erbgutmoleküls DNA übertragen.


In seinen Experimenten nutzte Lippert Methoden der Ultrakurzzeitspektroskopie. Dabei schießen Wissenschaftler exakt aufeinander abgestimmte Laserstrahlen auf Proben und messen deren Veränderungen in unvorstellbar kurzen Zeiträumen von Piko- und Femtosekunden. Eine Pikosekunde ist der billionste Teil einer Sekunde ("zehn hoch minus zwölf"), eine Femtosekunde ist noch tausendmal kürzer. Zum Vergleich: Von der Erde bis zum Mond sind es rund 380.000 Kilometer. Dafür braucht ein Lichtstrahl wenig mehr als eine Sekunde. In 15 Pikosekunden ist der Lichtstrahl gerade mal einen halben Zentimeter weit gekommen.

Lippert erhält Carl-Ramsauer-Preis


Für seine Studie mit dem Titel "Ultrakurzzeitspektroskopie von isolierten und mikro- solvatisierten Biochromophoren" wird Lippert mit dem Carl-Ramsauer-Preis 2005 der Physikalischen Gesellschaft zu Berlin ausgezeichnet.

"Die Auswerteverfahren der Messdaten entwickelte Lippert grundsätzlich neu, sodass die umfangreichen Versuchsreihen einer systematischen und vollständigen Analyse unterzogen werden konnten." Hertel urteilt: "Insgesamt stellt diese Arbeit einen Meilenstein in der Kurzzeitspektroskopie biologisch relevanter Moleküle in der Gasphase dar. Auch am Ende der Arbeit von Herr Lippert gibt es weniger als eine Handvoll von Arbeitsgruppen in der Welt, die dieses Thema kompetent bearbeiten. Die Beiträge, die Herr Lippert zur Entwicklung dieses Gebietes geleistet hat, sind international anerkannt und hoch geachtet", erläutert Professor Ingolf Hertel der Direktor des Max-Born-Instituts.

Der Ramsauer-Preis wird jährlich an vier Physiker aus Berlin und Potsdam vergeben. Mit dieser Auszeichnung ehrt die Physikalische Gesellschaft Berlin seit 1988 herausragende Dissertationen. Erst vor zwei Jahren waren zwei Wissenschaftler aus dem Forschungsverbund Berlin, zu dem das MBI gehört, mit dem Carl-Ramsauer-Preis ausgezeichnet worden. Einer davon hatte seine Arbeit ebenfalls am MBI angefertigt.
(idw - Forschungsverbund Berlin, 04.10.2005 - DLO)
 
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